如果有一个人工智能英语老师，不仅能随时给你的英语作文打分，而且还可以给出改进建议，是不是很妙？

近日在微信公众号平台上线的一款名为“爱写作”的产品，就提供了这样的功能，PingWest品玩和它背后的微软开发团队聊了聊，听他们讲了讲这个人工智能老师究竟是如何工作的。

AI 批改英文作文效果几何？

首先我们来通过例子来看看它的具体表现如何。

“爱写作”的功能分为 3 块，分别是作文打分、语法纠正和词语替换。

这项服务最早可追溯到 2018 年，微软亚洲研究院开发的英语学习服务“微软小英”，上线作文打分功能。2019 年 12 月，微软将其升级之，并命名为“爱写作”，首先在网页端上线。

我们以一篇高三英文作文为例，看看“爱写作”的实际效果。

通过右边检查结果，可以清晰看到，这篇英文作文在高考评分标准下，拿到了 24 分（满分 25 分）。有 5 处语法错误，建议替换 12 处。

打分模块不仅只呈现一个数字，还给出了所衡量的维度。

“爱写作”能根据不同考试类型来打分，用户在批改前可自行选择。众所周知，每个学段考试，对应总分是不一样的。比如高考英语作文满分是 25 分，六级是 106.5 分，而雅思是 9 分。

而在语法层面，错误基本能检查出来，比如 AI 识别“we would sure die”应改为“we would surely die”。

AI 识别“eat in a health way”应改成“eat in a healthy way”。

除了语法纠正，“爱写作”还能通过词语替换来润色作文。词语替换是指，机器给出更高级的用词建议，由用户决定要不要替换。

比如下面这个例子，“爱写作”给出的建议是“connections”替代“contacts”，组成“social connections”。

AI 是怎么改英文作文的？

在作文打分上，“爱写作”采用了微软亚洲研究院研发的序数回归模型。

据微软亚洲研究院文章，作文打分是一种主观行为，要转化为机器打分，需要大量有标注的数据，而序数回归模型大大减少了对标注数据量的依赖。

这项技术把“文章与具体分数的匹配”问题，变成了一个有序的比较大小的问题。

在训练过程中，将已有的标注数据两两配对进行对比，进而形成新的文章与评分，再将此数据加入到标注数据集中，使得可用于训练的标注数据量呈指数级增加，从而整体提高了评分的准确性。

语法纠正方面，“爱写作”同样用到了微软原创的模型。

“语法纠正和机器翻译在技术上有一定相似性。”微软亚洲研究院资深开发经理夏炎介绍，“不管是用户写的文章，还是机器翻译出来的，都要判断这个句子的语法正确性和语言流畅度。”

早在 2018 年 8 月，微软亚洲研究院就发表文章，介绍了一种用于语法纠正的全新学习和推断机制——“流畅度提升学习与推断”（Fluency Boost Learning and Inference）。

该机制基于自然语言处理领域非常流行的 seq2seq 模型。据微软亚洲研究院文章，对于一个用于语法改错任务的 seq2seq 模型，其基本的训练数据为，一个原始句子和正确句子所组成的改错句对，如下图(a) 所示。

从理论上讲，只要有大量的训练数据，就能得到一个相对完美的语法改错模型。

然而实际上，这种改错句对的数量规模相当有限。“我们在做 AI 模型研究时，第一个困难就是训练数据和样本的生成及获取。”夏炎说。

因此，在训练数据并不充足的情况下，seq2seq 模型泛化能力会受到影响，导致哪怕输入的句子稍稍变动一点，模型也可能无法将其完全改正，如上图 (b) 所示。

此外，对于一个含有多个语法错误的句子，单次的 seq2seq 推断往往不能完全将其改正。在这种情况下，需要用多轮 seq2seq 推断来对一个句子反复修改，如上图 (c) 所示。

为了改进 seq2seq 模型的不足，微软亚洲研究院提出了“流畅度提升学习与推断”机制。这一机制可细分为两部分，分别是“流畅度提升学习”和“流畅度提升推断”。

“流畅度提升学习”是指在训练模型的过程中，让 seq2seq 模型生成多个结果，然后将流畅度不如正确句子的生成句子，和正确句子配对，组成全新的流畅提升句对，作为下一轮训练的训练数据。

“中间这些结果都是机器自动生成的，有的流畅度很高，有的流畅度很低。”夏炎说，“我们可以把流畅度低于最终结果句子都拿过来作为训练样本。这样数据收集工作就大大减轻了，是一个很有意义的改进。”

“流畅度提升推断”则是利用 seq2seq 模型对句子进行多轮修改，直到句子流畅度不再提升为止。

这种多轮修改策略能够率先改掉句子一部分语法错误，从而使句子上下文更加清晰，有助于模型修改剩下的错误。

像下图的例子里，机器会先把第一句改成第二句，把“is catched”换成了“caught”，有一定进步，但还没使得整个句子的语法完全一致，因为后面还有“last night”，需要把主语时态“sees”改成“saw”。

经过第二次修改后，结果已经没有毛病，但机器还会进行第三次修改。改完后，句子流畅度已经没有新改变。

“这个时候我们可以认为，语法纠正的流程结束了。”夏炎说，“这其实也是人在批改一篇文章时常见的场景，先把一些容易发现的错误改掉，然后再仔细地读一遍，又发现一些错误，需要循环几次。”

词语替换功能则是基于预训练语言模型。预训练语言模型是自然语言处理的新范式：使用大规模文本语料库进行预训练，对特定任务的小数据集微调，降低单个自然语言处理任务的难度。

2019 年，微软提出了一种新的预训练语言模型 UniLM。在“爱写作”上，这个模型可以通过半遮盖原单词的策略，建议更符合表达者预期的替换词语。

“对于词语替换场景，直接用业界流行的 BERT 模型其实是不太合适的。”夏炎告诉 PingWest 品玩，“这个模型只考虑语法正确性，得出的结果不一定符合原词的观点和想法。”

以“The wine he sent to me as my birthday gift is too strong to drink”这句话为例子，替换目标词是“strong”。

没有遮盖住目标词（keep target word）的 BERT 模型，会给出词义高度相关，但实际不太适合的替换词：“stronger”、“strongly”、“hard”和“much”。

完全遮盖住目标词（mask target word）的 BERT 模型，输出了“hot”、“thick”、“sweet”和“much”。这些词在语法上都是对的，但跟目标词的意思相比，差别还是比较大。

“我们的做法是，通过半遮盖策略，把词中一部分信息隐含掉，然后让模型去预测，机器输出了‘tough’、‘powerful’、‘potent’和‘hard’这些词。”夏炎解释道，“‘powerful’这个词，词义跟原来单词接近，又没有简单把‘strong’变成其他形式，如‘stronger’或‘strongly’。”

得到替换词列表后，“爱写作”还会进行排序，最终把最适合的单词呈现在最上面。

最后，“爱写作”还有微软自研的新一代 OCR 引擎，能检测出图像中的各类文字，同时支持打印体和手写体的复杂文字场景识别。

“总而言之，‘爱写作’主要应用了自然语言理解技术。相较于语音识别和图像处理等感知层面技术，自然语言理解是 AI 在认知层面要解决的最核心问题之一，让机器理解人类语言是非常难的。”夏炎说，“在‘爱写作’中，我们用了很多自然语言处理领域内的经典任务，并且针对写作这个场景优化模型。”

目前，“爱写作”更多是根据用户语法和用词去做打分。夏炎告诉 PingWest 品玩，未来会研究一些新算法和模型，让“爱写作”不止能分析用户的语法错误，还可以更深层地理解作文的结构和组织形式。“如果机器能理解用户写作意图，就可以帮助他在内容组织上进行优化，这是 AI 辅助写作的另一个场景”。

此外，据微软亚洲研究院文章，语法纠正技术还可以被用在英文写作之外的更多场景，比如电子邮件、PPT 演示文稿、翻译文件等。